基于PSR 與熵值-TOPSIS 模型的京津冀城市群生態(tài)承載安全評(píng)價(jià)及協(xié)同發(fā)展研究

李麗紅，張 敏，李洪燕，李 禎

（1.河北大學(xué)，河北 保定 071002；2.河北科技工程職業(yè)技術(shù)大學(xué)，河北 邢臺(tái) 054035）

一、引言

近年來(lái)以首都為核心的京津冀城市群迅速發(fā)展，世界級(jí)城市群建設(shè)逐步推進(jìn)。然而伴隨著人口集中，城市的資源、生態(tài)壓力也逐步增大，已經(jīng)成為城市群進(jìn)一步發(fā)展的桎梏。2018 年《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于建立更加有效的區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展新機(jī)制的意見(jiàn)》指出：以疏解北京非首都功能為“牛鼻子”推動(dòng)京津冀協(xié)同發(fā)展，調(diào)整區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，可見(jiàn)合理定位城市發(fā)展功能、提升城市承載力、保障生態(tài)安全對(duì)于城市群的協(xié)同發(fā)展意義重大。城市綜合承載力是在一定時(shí)間尺度上，一個(gè)城市系統(tǒng)的資源、生態(tài)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等水平能夠容納的最大人口規(guī)模和活動(dòng)強(qiáng)度[1]。目前京津冀城市群內(nèi)各城市承載力并不均衡，一些城市面臨人口、交通承載壓力不斷加大、生態(tài)功能弱化、生態(tài)安全嚴(yán)重威脅等問(wèn)題，已嚴(yán)重影響到城市群整體的協(xié)同發(fā)展。基于此，科學(xué)評(píng)價(jià)京津冀城市群生態(tài)承載安全狀況，定位承載優(yōu)勢(shì)與承載短板，加強(qiáng)城市群之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)具有其現(xiàn)實(shí)緊迫性。

二、生態(tài)承載安全的研究現(xiàn)狀

以往文獻(xiàn)針對(duì)生態(tài)安全評(píng)價(jià)展開(kāi)了廣泛研究。評(píng)價(jià)主體上可分為土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)、林業(yè)生態(tài)安全評(píng)價(jià)、濕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)、礦區(qū)生態(tài)安全評(píng)價(jià)等，承載力與生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法也在不斷豐富，主要涉及PSR 模型[2]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[3]、改進(jìn)熵值法[4]、DPSIR-EES 模型[5]、組合賦權(quán)法[6]等。承載力評(píng)價(jià)與生態(tài)安全在城市發(fā)展中的作用研究也日益受到重視，科學(xué)評(píng)價(jià)生態(tài)安全水平是關(guān)鍵。然而，生態(tài)安全在城市群協(xié)同發(fā)展方面的成果還較為少見(jiàn)，生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法上很多研究采取主觀賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，使得評(píng)價(jià)主觀性較強(qiáng)，尚需要進(jìn)一步完善評(píng)價(jià)體系，并且將綜合考量承載力優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)置于城市群范圍的研究還比較少，這也為本研究提供了空間。

本文基于城市群內(nèi)生態(tài)安全系統(tǒng)的構(gòu)成與差異性，引入壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）模型，突破靜態(tài)、單一方法的生態(tài)安全評(píng)價(jià)技術(shù)，進(jìn)而運(yùn)用熵值法和TOPSIS 方法評(píng)估京津冀城市群安全情況，分析影響生態(tài)承載安全的影響因素，基于區(qū)域比較優(yōu)勢(shì)與聯(lián)動(dòng)狀況，探索城市群間承載優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的協(xié)同發(fā)展思路。

三、指標(biāo)體系與模型構(gòu)建

（一）基于PSR 模型指標(biāo)體系的構(gòu)建

京津冀城市群生態(tài)承載安全的評(píng)價(jià)涉及多個(gè)方面，包含當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、人口、資源狀況、空氣質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)等。將選取的17 個(gè)指標(biāo)分為壓力、狀態(tài)與響應(yīng)三大類(lèi)，指標(biāo)體系如表1 所示：

表1 生態(tài)承載安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

（二）模型構(gòu)建

本文選用熵值法與TOPSIS 相結(jié)合分析綜合指數(shù)。具體步驟如下：

第二，計(jì)算各指標(biāo)熵值并計(jì)算出權(quán)重：

第五，通過(guò)計(jì)算各方案與最優(yōu)最劣方案的歐式距離，進(jìn)行方案排序：

第六，計(jì)算各方案與理想方案的差距：

（三）生態(tài)承載安全狀態(tài)等級(jí)的設(shè)定

根據(jù)以上步驟測(cè)度的指數(shù)，進(jìn)行生態(tài)環(huán)境安全狀態(tài)的劃分，參考王磊等[7]及以往研究文獻(xiàn)，劃分為五個(gè)區(qū)間，見(jiàn)表2。

表2 生態(tài)承載安全狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)

四、生態(tài)承載安全指數(shù)計(jì)算與分析

（一）數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于2009-2019 年《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》《河北經(jīng)濟(jì)年鑒》《天津統(tǒng)計(jì)年鑒》《北京統(tǒng)計(jì)年鑒》、2008-2018 年各市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)與國(guó)家統(tǒng)計(jì)局中的國(guó)家數(shù)據(jù)等。

（二）生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)

分析京津冀各地級(jí)市在2008-2018 年間在壓力、狀態(tài)、響應(yīng)及總指數(shù)方面的變化情況：

由圖1 可以看出，除北京與天津外其他市在2017 年均有較大變動(dòng)。承德與張家口在11 年中生態(tài)環(huán)境壓力一直處于高強(qiáng)度狀態(tài)，尤其2017 年壓力為最大，這年承德是13 市中壓力指數(shù)最大的城市，為0.9483，張家口壓力指數(shù)排名第二，為0.7992；其余年份兩市的生態(tài)壓力指數(shù)處于平穩(wěn)狀態(tài)。秦皇島生態(tài)壓力指數(shù)排第三，總體有緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2017 年因第一產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)污染對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，造成壓力驟增。北京、滄州、唐山與天津的生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)類(lèi)似，處于壓力指數(shù)的中間階段，其中4 市歷年最低為天津市，且較為平穩(wěn)；在2013-2018 年滄州生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)排名第四，生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)在逐年增長(zhǎng)。

圖1 各市生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)變化趨勢(shì)

廊坊、衡水與保定的生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)相近，其中衡水整體增速最快，廊坊增速三市中最慢，衡水在2017 年壓力指數(shù)位居13 市中第五位，生態(tài)環(huán)境壓力較大。石家莊的生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)波動(dòng)較大，2008-2013 年較為穩(wěn)定，2013-2014 年發(fā)生明顯的下降，2014-2016 年壓力又有所回升，2017 年發(fā)生激增，2018 年壓力略微下降。邯鄲的生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)一直在13 市中屬于最低的，但整體壓力呈上升趨勢(shì)，最低值在2014 年，為0.2819，最高值在2017 年，為0.3944，這與工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染與第一產(chǎn)業(yè)對(duì)環(huán)境造成的影響有關(guān)。邢臺(tái)是繼邯鄲壓力指數(shù)后2008-2016 年第二低的，在2017 年壓力指數(shù)突增超過(guò)了天津、北京、石家莊、廊坊、保定成為第五位。

（三）生態(tài)環(huán)境狀態(tài)指數(shù)

根據(jù)各市生態(tài)環(huán)境狀態(tài)指數(shù)的變化趨勢(shì)（如圖2），從長(zhǎng)期來(lái)看均體現(xiàn)出上升的走勢(shì)，但增長(zhǎng)幅度不盡相同。北京與天津發(fā)展最好，北京一直處于第一，天津在2017 年以外的年份一直排名第二，兩市在2013年有明顯的增長(zhǎng)，2014 年有所下降，2015 年開(kāi)始一直處于增長(zhǎng)狀態(tài)。唐山在2014 與2017 年以外的其他年份均處于第三的位置，2008-2013 年增速最快，2013-2015 年?duì)顟B(tài)指數(shù)有所下降，2015 年以后又開(kāi)始增長(zhǎng)。秦皇島的生態(tài)環(huán)境狀態(tài)水平波動(dòng)較大，2013-2014 年激增，2014 年?duì)顟B(tài)指數(shù)排名超過(guò)天津成為第三名，2014-2015 年驟降，2015-2016 年增長(zhǎng)，但是2016 年未超過(guò)2014 年，隨后兩年開(kāi)始下降。廊坊、滄州、石家莊、北京與天津生態(tài)環(huán)境狀態(tài)指數(shù)增長(zhǎng)速度較快，廊坊在2017 年達(dá)到峰值為0.5107，排名第四；滄州在2017 年的增長(zhǎng)是13 市中最多的，超過(guò)天津成為第二名，這與2017 年滄州人均地區(qū)生產(chǎn)總值激增有關(guān)，但在2018 年又急速回落。承德在2013 年存在明顯的下降為歷年最低0.1809，隨后上升，在2017 年最高為0.411，2018 年有所回落。邯鄲、保定、衡水與邢臺(tái)整體增速較慢，其中邢臺(tái)發(fā)展?fàn)顟B(tài)波動(dòng)最大，2009、2015 與2017 年分別經(jīng)歷峰值，在2017 年發(fā)展?fàn)顟B(tài)最好指數(shù)為0.2202；衡水在四市中2017 年的增長(zhǎng)值最大；邯鄲2008-2012 年增速較快，2012-2018 年有下降趨勢(shì)，但2018 年?duì)顟B(tài)指數(shù)比2008 年大。張家口生態(tài)發(fā)展?fàn)顟B(tài)在前三年一直處于13 市中最低值，但其一直處于穩(wěn)步增長(zhǎng)狀態(tài)，2018 年超過(guò)了邯鄲、保定、衡水與邢臺(tái)。

圖2 各市生態(tài)環(huán)境狀態(tài)指數(shù)變化趨勢(shì)

（四）生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)

生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)方面（如圖3），整體上看北京、唐山、滄州、張家口、邯鄲等城市變動(dòng)較大。北京的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)11 年間一直處于最高位，同時(shí)波動(dòng)也較為明顯，總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在2010 與2014 分別達(dá)到峰值，2010 年最高為0.7853，2016 年達(dá)到谷底最低為0.6303，主要是科技支出占比下降明顯。天津在11 年間響應(yīng)指數(shù)排名第二，總體處于波動(dòng)上升狀態(tài)，但每年的指數(shù)值與北京有一定差距，2014年指數(shù)值最大為0.5033。唐山生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)呈現(xiàn)倒“U”型，2012 年達(dá)到峰值為0.2659，該年科技投入最高。邢臺(tái)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)波動(dòng)很大呈“M”型，2008-2010 年上升達(dá)到第一個(gè)峰值，2010-2012年突減，2012 年最低值為0.1091，隨后快速增長(zhǎng)，在2015 年達(dá)到峰值，2015 年為11 年最高0.304，在13 市中當(dāng)年排名第三，2015 年后又開(kāi)始降低。衡水同時(shí)波動(dòng)較大但整體呈略微上升趨勢(shì)，2009-2012 年直線下降，在2012 年達(dá)谷底，也是13 市中該年最低，這年衡水整體的污染治理水平最低，2013 年激增但響應(yīng)指數(shù)值略小于2009 年，該年污水處理水平與科技投入較高。滄州總體呈上升趨勢(shì)同時(shí)波動(dòng)較大，第一個(gè)峰值出現(xiàn)在2010 年，2016 年達(dá)到第二個(gè)峰值，是歷年最高，該年在13 市中排名第三。

圖3 各市生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)變化趨勢(shì)

石家莊生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)整體呈緩慢下降趨勢(shì)，2009 與2014 年有明顯下降，2014 年為歷年最低0.2084，2014-2016 年有較明顯增長(zhǎng)。廊坊在2016 年以前響應(yīng)指數(shù)較為穩(wěn)定，2016 年有明顯增長(zhǎng)，這與科技投入與公共交通發(fā)展水平提升有關(guān)，該年排名上升為第四，隨后兩年響應(yīng)指數(shù)雖有回落但仍高于2016年以前的值，這得益于與第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2008-2015 年秦皇島響應(yīng)指數(shù)較為穩(wěn)定，2016-2017 年有明顯增長(zhǎng)，這主要是由于科技投入占比的增加。邯鄲響應(yīng)指數(shù)最高值在2014 年，主要是科技的發(fā)展，隨后響應(yīng)指數(shù)開(kāi)始下降。保定響應(yīng)指數(shù)總體在緩慢上升，但波動(dòng)性較大，2010 與2013 年分別達(dá)到峰值，2013年最高為0.1751，得益于公共交通的發(fā)展，2013 年以后指數(shù)較為平穩(wěn)。張家口在2009 年達(dá)到峰值后迅速下降，隨后波動(dòng)中慢慢上升，2009 年工業(yè)污染治理水平、科技發(fā)展水平與第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值有明顯提升。承德在13 市排名中有7 年最低，但其總體趨勢(shì)在波動(dòng)中較快上升，承德十年間一直不斷提升對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，但生態(tài)壓力較大，排名靠后。

（五）生態(tài)承載安全評(píng)價(jià)綜合指數(shù)

地區(qū)生態(tài)承載安全評(píng)價(jià)綜合指數(shù)是由壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三者結(jié)合而形成。根據(jù)圖4 計(jì)算劃分的生態(tài)承載安全指數(shù)預(yù)警區(qū)間，可以發(fā)現(xiàn)：北京一直處于較安全階段，且生態(tài)承載安全指數(shù)呈上升狀態(tài)。在2008-2009 年間，天津處于較危險(xiǎn)階段，2011-2018 年處于預(yù)警階段，總體呈上升階段。河北省各市生態(tài)承載安全質(zhì)量均較差且較為集中，均處于預(yù)警線以下的危險(xiǎn)與較危險(xiǎn)階段，但整體各市的生態(tài)承載安全指數(shù)呈上升趨勢(shì)。從圖中可以看到，2017 年的滄州生態(tài)承載安全最接近預(yù)警線，是河北省11 年間生態(tài)承載安全評(píng)分最高的；處于危險(xiǎn)狀態(tài)的有：2008 年的衡水與邢臺(tái)，2008-2009 年的保定，2008-2011 年的邯鄲，2011 年的衡水，2011-2012 年的保定，2011-2013 年的邢臺(tái)，2014 年的衡水，2015 年的保定，2016年的邯鄲；其余年份河北省各市生態(tài)承載安全狀態(tài)不容樂(lè)觀。唐山總體生態(tài)承載安全指數(shù)在河北省較高，保定生態(tài)承載安全指數(shù)雖然在上升但在13 市中處于末端。

圖4 各市生態(tài)承載安全指數(shù)變化趨勢(shì)

四、對(duì)策建議

（一）加快經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，減少環(huán)境污染

由實(shí)證結(jié)果可知，人口密度與第一產(chǎn)業(yè)給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)的壓力最高，工業(yè)三廢的排放對(duì)水域、空氣、土地的污染程度也最大。所以京津冀各城市在發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)重視對(duì)污染源的監(jiān)控以及監(jiān)管，嚴(yán)格把控三廢排放和農(nóng)藥化肥的過(guò)度使用，降低工業(yè)污染和農(nóng)藥化肥的影響；可以通過(guò)增加就業(yè)的方式合理分布人口數(shù)量，緩解區(qū)域生態(tài)承載壓力。與此同時(shí)，應(yīng)盡快尋找經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的路徑，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)。結(jié)合當(dāng)?shù)靥厣l(fā)展特色文化產(chǎn)業(yè)和旅游產(chǎn)業(yè)，通過(guò)發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)、科技產(chǎn)業(yè)推進(jìn)綠色產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，轉(zhuǎn)化自然資源為經(jīng)濟(jì)收益，推進(jìn)生態(tài)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。

（二）運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，完善信息管理及監(jiān)測(cè)機(jī)制

運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，完善各市信息管理制度，完善跨區(qū)聯(lián)防聯(lián)控治理體系。以地面調(diào)查為主，遙感技術(shù)為輔，建設(shè)和完善環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)，開(kāi)展全面調(diào)查及空間區(qū)劃，利用GIS 軟件、GPS 定位及空間計(jì)量等技術(shù)，將大氣、水資源、各類(lèi)用地監(jiān)測(cè)相銜接，完善京津冀城市群污染源、空氣質(zhì)量檢測(cè)、河流斷面等可視化數(shù)據(jù)平臺(tái)，推進(jìn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接口的對(duì)接，實(shí)時(shí)共享生態(tài)數(shù)據(jù)。建議成立專(zhuān)門(mén)的京津冀生態(tài)環(huán)境聯(lián)合檢測(cè)管理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)跨區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)、數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)互通、監(jiān)測(cè)評(píng)估生態(tài)環(huán)境治理效果。

（三）完善生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，合理利用資源

完善京津冀城市群之間的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。根據(jù)各城市功能特點(diǎn)，生態(tài)建設(shè)為主的城市作為受償主體，經(jīng)濟(jì)發(fā)展為主的城市作為補(bǔ)償主體，依據(jù)生態(tài)產(chǎn)品的供給情況加強(qiáng)協(xié)商，推進(jìn)橫向生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的完善。根據(jù)各區(qū)域生態(tài)建設(shè)投入與產(chǎn)出效果、主體發(fā)展功能等制定有差別的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，豐富現(xiàn)金補(bǔ)償、科技補(bǔ)償、政策補(bǔ)償?shù)炔煌绞剑档蜕鷳B(tài)壓力大的城市的環(huán)境壓力，并通過(guò)生態(tài)補(bǔ)償將壓力轉(zhuǎn)化為環(huán)境保護(hù)和建設(shè)的動(dòng)力，奠定生態(tài)承載安全保護(hù)基礎(chǔ)。在維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)完整性與生態(tài)功能的前提下，合理開(kāi)發(fā)利用生態(tài)資源。

（四）加強(qiáng)社會(huì)宣傳力度，提高公眾生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)

增強(qiáng)公眾的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，鼓勵(lì)公眾參與生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與治理，積極向公眾宣傳普及生態(tài)環(huán)境保護(hù)知識(shí)。加強(qiáng)公眾參與的公開(kāi)性與透明度，多渠道引導(dǎo)公眾參與生態(tài)環(huán)境保護(hù)。設(shè)立生態(tài)保護(hù)宣傳相關(guān)的公益崗位，增加環(huán)境保護(hù)區(qū)居民種田以外的環(huán)保收入，增加生態(tài)承載安全保障的積極性。逐步完善生態(tài)保護(hù)志愿者制度，引導(dǎo)更多的志愿者參與生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作。